Cyclic Seismic Performance of RBS Weak-Axis Welded Moment Connections

In steel moment frames constructed of H-shapes, strong-axis moment connections should be used for maximum structural efficiency if possible. And most of cyclic seismic testing, domestic and international, has been conducted for strong-axis moment connections and cyclic test data for weak-axis connections is quite limited. However, when perpendicular moment frames meet, weak-axis moment connections are also needed at the intersecting locations. Especially, both strong- and weak-axis moment connections have been frequently used in domestic practice. In this study, cyclic seismic performance of RBS (reduced beam section) weak-axis welded moment connections was experimentally investigated. Test specimens, designed according to the procedure proposed by Gilton and Uang (2002), performed well and developed an excellent plastic rotation capacity of 0.03 rad or higher, although a simplified sizing procedure for attaching the beam web to the shear plate in the form of C-shaped fillet weld was used. The test results of this study showed that the sharp corner of C-shaped fillet weld tends to be the origin of crack propagation due to stress concentration there and needs to be trimmed for the better weld shape. Different from strong-axis moment connections, due to the presence of weld access hole, a kind of CJP butt joint is formed between the beam flange and the horizontal continuity plate in weak-axis moment connections. When weld access hole is large, this butt joint can experience cyclic local buckling and subsequent low cycle fatigue fracture as observed in this testing program. Thus the size of web access hole at the butt joint should be minimized if possible. The recommended seismic detailing such as stickout, trimming, and thicker continuity plate for construction tolerance should be followed for design and fabrication of weak-axis welded moment connections.

RBS 약축 용접모멘트접합부의 내진성능 평가

H형강 철골 모멘트 골조에서는 기둥의 강축 방향 용접 모멘트접합부를 활용하는 것이 구조적으로 가장 이상적이다. 하지만, 모멘트 골조가 직교하는 경우, 기둥의 약축 방향으로도 용접 모멘트접합부를 사용해야 한다. 국내에서는 특히 강축 및 약축 방향 모두를 용접 모멘트접합부를 자주 사용하는 관행이 있다. 대표적인 연성내진상세인 RBS(reduced beam section, 보단면감소)접합부의 경우 국내외적으로 강축접합 위주로 실험연구가 진행되어 약축 RBS 용접모멘트접합부에 대한 실험자료가 매우 희소하다. 본 연구에서는 RBS를 도입한 약축 용접 모멘트접합부의 내진성능을 실험적으로 고찰하였다. Gilton-Uang (2002)의 선행연구를 참고하여 보 플랜지는 연속판과 맞댐용접하고 웨브는 전단이음판과 C-형 필릿용접부로 설계하여 실험을 수행하였다. 보에 사용된 강재가 내진용 강재가 아닌 일반 SS400 강재임에도 불구하고 3% 이상의 소성회전각을 발휘하였다. 제한된 결과이긴 하지만, 전단이음판과 보 웨브 사이의 C-형 필릿용접부 설계에서 보 웨브에 작용하는 휨모멘트와 전단력의 편심의 영향을 구체적으로 고찰할 필요가 있는 것으로 판단된다. 본 실험결과를 토대로 전단이음판 부근의 보 웨브 파단을 방지할 수 있는 C-형 필릿용접 형상 및 설계방안을 제안하였다. 보 플랜지와 연속판의 완전용입 용접부는 맞댄이음(butt joint) 형식이 되어 국부좌굴에 취약하고 이로 인해 피로파괴가 발생하는 경향이 있으므로 용접작업에 지장이 없는 범위에서 용접접근공(스켈럽)의 크기를 최소화할 필요가 있다. RBS형상, 스틱아웃, 트림, 연속판 두께 증가 등과 같이 이미 검증된 약축 모멘트 용접접합부의 내진상세들은 따르는 것이 바람직하다.